JP6493145B2 - DCDC converter control device - Google Patents
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Description
この明細書における開示は、ＤＣＤＣコンバータ制御装置に関する。 The disclosure in this specification relates to a DCDC converter control device.
特許文献１には、トランス、スイッチング素子、及び整流素子を有するＤＣＤＣコンバータと、スイッチング素子のスイッチングを制御するＤＣＤＣコンバータ制御装置（制御回路）と、を備える電力変換装置が開示されている。
このような電力変換装置は、ハイブリッド車や電気自動車などの電動車両に適用される。車両においてＤＣＤＣコンバータは、高電圧バッテリからの入力電圧を所定の目標電圧に降圧し、低電圧バッテリに供給する。 Such a power conversion device is applied to an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. In the vehicle, the DCDC converter steps down the input voltage from the high voltage battery to a predetermined target voltage and supplies it to the low voltage battery.
ＤＣＤＣコンバータ制御装置は、低電圧バッテリの電圧、すなわちＤＣＤＣコンバータの出力電圧が一定となるように、スイッチング素子を制御する。これにより、低電圧バッテリから電圧が供給されて動作する負荷（たとえばＥＣＵ）を、安定的に動作させることができる。しかしながら、ＤＣＤＣコンバータの出力電流は負荷の動作状態によって大きく変動する。これに対し、特許文献１のＤＣＤＣコンバータ制御装置は、出力電流が所定の電流制限値を超えると、出力電流が一定となるように定電流制御を実行する。
The DCDC converter control device controls the switching element so that the voltage of the low voltage battery, that is, the output voltage of the DCDC converter becomes constant. Thereby, the load (for example, ECU) which is supplied with a voltage from the low voltage battery and operates can be stably operated. However, the output current of the DCDC converter varies greatly depending on the operating state of the load. On the other hand, when the output current exceeds a predetermined current limit value, the DCDC converter control device disclosed in
ＥＰＢ（Electric Parking Brake）やバイワイヤによるＥＰＳ（Electric Power Steering）など、近年の電動化により、一時的に比較的大きな電流を使う負荷も増えてきている。また、複数の負荷の動作の重なると、一時的に大電流が必要となる。一時的な電流は、従来、低電圧バッテリによって供給するように設計している。しかしながら、低電圧バッテリはサルフェーションなど使用環境での故障もあり、低電圧バッテリに頼らない設計が求められている。 Due to recent electrification, such as EPB (Electric Parking Brake) and by-wire EPS (Electric Power Steering), the load that temporarily uses a relatively large current is also increasing. Further, when the operations of a plurality of loads overlap, a large current is required temporarily. The transient current is conventionally designed to be supplied by a low voltage battery. However, the low voltage battery has a failure in the use environment such as sulfation, and a design that does not rely on the low voltage battery is required.
一時的な大電流をＤＣＤＣコンバータから供給する場合、上記したＤＣＤＣコンバータ制御装置によれば、一時的な大電流に対応して電流制限値を設定することになる。しかしながら、このためには、ＤＣＤＣコンバータの電流容量、たとえばスイッチング素子や整流素子などの電流容量を大きくしなければならない。したがって、ＤＣＤＣコンバータの小型化が困難となる。また、コストも増加してしまう。 When a temporary large current is supplied from the DCDC converter, according to the DCDC converter control device described above, the current limit value is set corresponding to the temporary large current. However, for this purpose, it is necessary to increase the current capacity of the DCDC converter, for example, the current capacity of a switching element or a rectifying element. Therefore, it is difficult to reduce the size of the DCDC converter. In addition, the cost increases.
本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、一時的な大電流にも対応でき、且つ、ＤＣＤＣコンバータの小型化が可能なＤＣＤＣコンバータ制御装置を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a DCDC converter control device that can cope with a temporary large current and that can reduce the size of the DCDC converter.
本開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。 The present disclosure employs the following technical means to achieve the above object. In addition, the code | symbol in parenthesis shows the corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later as one aspect | mode, Comprising: The technical scope is not limited.
本開示のひとつは、一次コイル（Ｗ１）と二次コイル（Ｗ２，Ｗ３）を有するトランス（２２）と、直流電源（１１）と一次コイルとの間に接続され、スイッチングにより直流電源から一次コイルに供給される入力電圧を制御するスイッチング素子（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４）と、二次コイルに接続され、二次コイルの電圧を整流する整流素子（Ｄ１，Ｄ２）と、を備えるＤＣＤＣコンバータ（２０）に適用され、スイッチング素子のスイッチングを制御するＤＣＤＣコンバータ制御装置であって、
一次コイル又は二次コイルに流れる電流に基づいて、ＤＣＤＣコンバータの出力電流を検出する電流検出部（Ｓ１５）と、
スイッチング素子及び整流素子の少なくとも一方の温度を検出する温度検出部（Ｓ１１，Ｓ１８）と、
温度検出部により検出される温度である検出温度に応じて電流制限値を設定し、設定した電流制限値を出力電流が超えると、出力電流が電流制限値となるように、スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部（Ｓ１２，Ｓ１４〜Ｓ１７，Ｓ１９）と、を備え、
制御部は、検出温度が第１温度の場合、電流制限値として第１制限値を設定し、検出温度が第１温度よりも低い第２温度の場合、電流制限値として第１制限値よりも大電流である第２制限値を設定し、
温度検出部は、温度センサの検出値を取得し、取得した検出値に基づいて検出温度を推定により検出し、
ＤＣＤＣコンバータの動作開始時において、温度検出部は、動作開始時における温度センサの検出値と、ＤＣＤＣコンバータが停止してからの停止時間と、ＤＣＤＣコンバータが停止したときの温度センサの検出値と、ＤＣＤＣコンバータが停止したときの検出温度又はＤＣＤＣコンバータが停止したときの検出温度とＤＣＤＣコンバータが停止したときの温度センサの検出値との差分値と、を取得し、動作開始時における検出温度を推定する。
One of the present disclosure includes a transformer (22) having a primary coil (W1) and secondary coils (W2, W3), a DC power supply (11), and a primary coil connected between the DC power supply and the primary coil by switching. DCDC converter comprising switching elements (Q1, Q2, Q3, Q4) for controlling the input voltage supplied to the power supply and rectifying elements (D1, D2) connected to the secondary coil and rectifying the voltage of the secondary coil (20), a DCDC converter control device for controlling switching of a switching element,
A current detector (S15) that detects an output current of the DCDC converter based on a current flowing through the primary coil or the secondary coil;
A temperature detector (S11, S18) for detecting the temperature of at least one of the switching element and the rectifying element;
The current limit value is set according to the detected temperature, which is the temperature detected by the temperature detector, and the switching element is switched so that when the output current exceeds the set current limit value, the output current becomes the current limit value. A control unit (S12, S14 to S17, S19) for controlling,
When the detected temperature is the first temperature, the control unit sets the first limit value as the current limit value. When the detected temperature is the second temperature lower than the first temperature, the control unit sets the current limit value to be higher than the first limit value. Set the second limit value, which is a large current ,
The temperature detection unit acquires a detection value of the temperature sensor, detects a detection temperature based on the acquired detection value by estimation,
At the start of the operation of the DCDC converter, the temperature detection unit includes a detection value of the temperature sensor at the start of the operation, a stop time after the DCDC converter stops, a detection value of the temperature sensor when the DCDC converter stops, Obtain the detected temperature when the DCDC converter stops or the difference value between the detected temperature when the DCDC converter stops and the detected value of the temperature sensor when the DCDC converter stops, and estimate the detected temperature at the start of operation To do.
これによれば、検出温度が低い場合には、電流制限値として第２制限値を設定できるため、ＤＣＤＣコンバータの電流容量、ひいてはスイッチング素子や整流素子の電流容量を大きくしなくとも、一時的な大電流に対応することができる。また、スイッチング素子や整流素子の電流容量を大きくしなくともよいため、ＤＣＤＣコンバータの小型化が可能である。 According to this, when the detected temperature is low, the second limit value can be set as the current limit value. Therefore, even if the current capacity of the DCDC converter, and hence the current capacity of the switching element or rectifier element is not increased, it is temporarily increased. Can handle large currents. In addition, since it is not necessary to increase the current capacity of the switching element and the rectifying element, the DCDC converter can be downsized.
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。 A plurality of embodiments will be described with reference to the drawings. In several embodiments, functionally and / or structurally corresponding parts are given the same reference numerals.
（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、本実施形態に係るＤＣＤＣコンバータ制御装置を備えた電力変換装置について説明する。以下において、ＤＣＤＣコンバータ制御装置を、単に制御装置と称する。図１では、一例として、フルブリッジ型のＤＣＤＣコンバータを示す。また、電力変換装置が、ハイブリッド車に搭載される例を示す。
(First embodiment)
First, based on FIG. 1, the power converter device provided with the DCDC converter control apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated. Hereinafter, the DCDC converter control device is simply referred to as a control device. FIG. 1 shows a full bridge type DCDC converter as an example. Moreover, the example in which a power converter device is mounted in a hybrid vehicle is shown.
図１に示す電力変換装置１０は、入力電圧Ｖｉｎ（たとえば２８８Ｖ）を、所定の出力電圧Ｖｏｕｔ（たとえば１４Ｖ）に変換して出力する機能を有している。電力変換装置１０の入力端子Ｐ１には高電圧バッテリ１１が接続され、出力端子Ｐ２には低電圧バッテリ１２、負荷１３、及び上位ＥＣＵ１４が接続される。高電圧バッテリ１１は直流電源に相当する。高電圧バッテリ１１としては、たとえばバッテリ（二次電池等）や燃料電池などが該当する。低電圧バッテリ１２の電圧は、車両に搭載された負荷１３や上位ＥＣＵ１４に供給される。負荷１３としては、車両補機、ナビＥＣＵ、メータＥＣＵ、ブレーキＥＣＵなどが該当する。上位ＥＣＵ１４としては、たとえばハイブリッド（ＨＶ）車の制御を統合するＨＶ−ＥＣＵが該当する。
1 has a function of converting an input voltage Vin (for example, 288V) into a predetermined output voltage Vout (for example, 14V) and outputting the same. The
電力変換装置１０は、ＤＣＤＣコンバータ２０と、制御装置４０と、を備えている。ＤＣＤＣコンバータ２０は、コンデンサＣ１と、ＤＣ−ＡＣ変換部２１と、トランス２２と、整流部２３と、平滑部２４と、を有している。なお、ＤＣ−ＡＣ変換部２１とトランス２２とを合わせて、スイッチング回路とも称される。
The
コンデンサＣ１は、入力端子Ｐ１の両端間に接続され、高電圧バッテリ１１から入力される入力電圧Ｖｉｎを平滑化する。
The capacitor C1 is connected between both ends of the input terminal P1, and smoothes the input voltage Vin input from the
ＤＣ−ＡＣ変換部２１は、フルブリッジ回路を構成する４つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を有している。これらスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が、スイッチング素子に相当する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、スイッチング素子Ｑ１を、正極端子側として、高電圧バッテリ１１の正極端子と負極端子との間に直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は、スイッチング素子Ｑ３を正極端子側として、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に並列に接続されている。したがって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３が上アームに相当し、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４が下アームに相当する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４としては、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴを採用することができる。
The DC-
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、後述の制御装置４０から入力されるパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）に基づいて、スイッチング（すなわちオンオフ）が制御される。なお、図示を省略するが、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４には、それぞれダイオードが逆並列に接続されている。このダイオードは、フリーホイールダイオードとして機能する。
The switching elements Q1 to Q4 are controlled to be switched (that is, turned on / off) based on a pulse width modulation signal (PWM signal) input from the
トランス２２は、一次コイルＷ１と、二次コイルＷ２，Ｗ３と、を有している。一次コイルＷ１の一方の端子には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点が接続されており、他方の端子には、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点が接続されている。二次コイルＷ２，Ｗ３は、互いの一方の端子同士が接続されており、二次コイルＷ２の他方の端子には、ダイオードＤ１のアノードが接続されている。同じく、二次コイルＷ３の他方の端子には、ダイオードＤ２のアノードが接続されている。なお、図１に示す構成のトランス２２は一例に過ぎない。
The
整流部２３は、交流を直流に変換する。本実施形態では、ダイオードＤ１，Ｄ２により、整流部が構成されている。これらダイオードＤ１，Ｄ２が整流素子に相当する。なお、図１に示す構成の整流部２３は一例に過ぎない。整流素子としては、スイッチング素子を採用することもできるし、スイッチング素子及びダイオードを採用することもできる。
The
平滑部２４は、出力電圧Ｖｏｕｔを平滑化する。平滑部２４は、コイルＷ４と、コンデンサＣ２を有しており、ＬＣフィルタとして構成されている。コイルＷ４とコンデンサＣ２は互いに直列に接続されており、コイルＷ４のうち、コンデンサＣ２と接続された端子と反対の端子に、ダイオードＤ１，Ｄ２のカソードが接続されている。一方、コンデンサＣ２のうち、コイルＷ４と接続された端子と反対の端子が、二次コイルＷ２，Ｗ３の接続点に接続されている。コンデンサＣ２の両端子には、出力端子Ｐ２が接続されている。すなわち、コンデンサＣ２には、出力端子Ｐ２を介して低電圧バッテリ１２が並列接続される。
The smoothing
制御装置４０は、一次コイルＷ１に流れる入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、及び温度Ｔｔに基づいて、出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧（たとえば１４Ｖ）になるように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を制御する。制御装置４０は、駆動回路４１、各種センサ４２〜４５と、コントローラ４６と、を有している。
Based on the input current Iin flowing through the primary coil W1, the input voltage Vin, the output voltage Vout, and the temperature Tt, the
駆動回路４１は、コントローラ４６から出力されるＰＷＭ信号に基づいて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をスイッチングする回路である。駆動回路４１は、ドライブ回路とも称される。駆動回路４１の出力端子は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲートにそれぞれ接続されている。
The
電圧センサ４２は、高電圧バッテリ１１から入力される直流電圧である入力電圧Ｖｉｎを検出する。この電圧センサ４２の検出値は、図示しないＰＷＭ処理部及び絶縁素子を介してコントローラ４６に入力される。すなわち、入力電圧Ｖｉｎの検出結果は、高電圧バッテリ１１側と電気的に絶縁した状態で、パルス信号としてコントローラ４６に出力される。なお、ＰＷＭ処理部は、電圧センサ４２の検出値をＰＷＭ変調することでＤｕｔｙ信号に変換する。絶縁素子としては、たとえばフォトカプラを採用することができる。一方、電圧センサ４３は、ＤＣＤＣコンバータ２０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、その検出結果をコントローラ４６に出力する。
The
電流センサ４４は、トランス２２の一次コイルＷ１に流れる入力電流Ｉｉｎ、すなわちＤＣＤＣコンバータ２０に入力される電流を検出する。電流センサ４４としては、たとえばカレントトランスを採用することができる。電流センサ４４は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン期間中に、一次コイルＷ１に流れる入力電流を検出し、その検出結果をコントローラ４６に出力する。
The
入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔの各検出（タイミング）は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオン中に、１回以上で任意に設定してよい。たとえばオン時の最小値、オン時の平均値、オン時のピーク値（最大値）を含む。 Each detection (timing) of the input current Iin, the input voltage Vin, and the output voltage Vout may be arbitrarily set at least once while the switching elements Q1 to Q4 are on. For example, it includes a minimum value when on, an average value when on, and a peak value (maximum value) when on.
温度センサ４５は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４（及びフリーホイールダイオード）と、整流素子であるダイオードＤ１，Ｄ２との少なくとも一方の温度を検出し、コントローラ４６に出力する。温度センサ４５としては、たとえばサーミスタを採用することができる。本実施形態では、図示しない基板上において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は隣接配置されており、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の温度がほぼ同一となる。そのため、温度センサ４５をスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の近傍に配置することで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の温度Ｔｔを検出する。温度Ｔｔの検出（タイミング）は、任意に設定してよい。温度Ｔｔの変化は、入力電流Ｉｉｎなどの変化に較べると緩やかである。したがって、温度Ｔｔの検出は、たとえばスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が所定の回数オンするごとに、１回設定してもよい。
The
コントローラ４６は、上位ＥＣＵ１４から起動信号が入力されると、入力電流Ｉｉｎに基づいて推定される出力電流Ｉｏｕｔ、温度Ｔｔから推定される温度Ｔｊ、入力電圧Ｖｉｎ、及び出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングを制御するためのＰＷＭ信号を生成し、駆動回路４１に出力する回路である。コントローラ４６は、出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧となるように、ＰＷＭ信号のオンデューティ比を調整する。ここで、オンデューティ比とは、ＰＷＭ信号のオン、オフの１周期に対するオン期間の比率のことである。コントローラ４６は、たとえばマイコン（マイクロコンピュータ）を備えて構成されている。
When the activation signal is input from the
コントローラ４６は、入力電流Ｉｉｎに基づいて出力電流Ｉｏｕｔを推定する。出力電流Ｉｏｕｔの推定方法としては、周知の方法を採用することができる。たとえば、入力電圧Ｖｉｎ×入力電流Ｉｉｎ×効率＝出力電圧Ｖｏｕｔ×出力電流Ｉｏｕｔとの関係式から、出力電圧Ｖｏｕｔを求めてもよい。効率は定格時の効率であり、コントローラ４６のメモリに、予め所定値として記憶される。
The
また、特開２０１０−２５２６１０号公報に記載の方法を採用することもできる。この場合、コントローラ４６のメモリに、トランス２２の巻数比ｎ、一次コイルＷ１のインダクタンスＬｍ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のＰＷＭ信号の周波数ｆ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン電圧Ｖｄｓ、及びダイオードＤ１，Ｄ２の順方向電圧Ｖｆが予め設定される。コントローラ４６は、温度センサ４５によって検出された温度Ｔｔに基づいて、インダクタンスＬｍ、オン電圧Ｖｄｓ、及び順方向電圧Ｖｆの設定値を補正する。そして、電流センサ４４によって検出された入力電流Ｉｉｎを、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔの検出結果と、巻数比ｎ、インダクタンスＬｍ、周波数ｆ、オン電圧Ｖｄｓ及び順方向電圧Ｖｆの設定値とに基づいて補正し、出力電流Ｉｏｕｔを求める。この推定方法については、特開２０１０−２５２６１０号公報の記載を参照することができる。
Further, the method described in JP 2010-252610 A can also be employed. In this case, in the memory of the
なお、シャント抵抗などにより、出力電流Ｉｏｕｔを直接的に検出することも可能である。しかしながら、出力電流Ｉｏｕｔが大きい場合に、シャント抵抗の電流容量を大きくしなければならず、シャント抵抗自体が大きくなる。このため、本実施形態では、入力電流Ｉｉｎに基づいて出力電流Ｉｏｕｔを求める方法を採用している。 Note that the output current Iout can also be directly detected by a shunt resistor or the like. However, when the output current Iout is large, the current capacity of the shunt resistor must be increased, and the shunt resistor itself increases. For this reason, in this embodiment, the method of calculating | requiring the output current Iout based on the input current Iin is employ | adopted.
コントローラ４６は、温度センサ４５により検出された温度Ｔｔを取得し、温度Ｔｔに基づいてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の温度Ｔｊ（ジャンクション温度）を推定することで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の温度Ｔｊを検出する。この温度Ｔｊが、検出温度に相当する。温度Ｔｊの推定方法については後述する。上記したようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は隣接配置されており、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の温度がほぼ同一となるため、温度Ｔｊは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のジャンクション温度である。
The
コントローラ４６は、検出した温度Ｔｊが第１温度の場合、定電流制御実行の判断基準となる電流制限値ＩＬとして第１制限値ＩＬ１を設定し、温度Ｔｊが第１温度よりも低い第２温度の場合、電流制限値ＩＬとして第１制限値ＩＬ１よりも大電流である第２制限値ＩＬ２を設定する。本実施形態では、その一例として、コントローラ４６が、検出した温度Ｔｊと予め設定された閾値温度Ｔｔｈとを比較し、温度Ｔｊが閾値温度Ｔｔｈ以上の場合に第１制限値ＩＬ１を設定し、閾値温度Ｔｔｈ未満の場合に第２制限値ＩＬ２を設定する。コントローラ４６のメモリには、予め閾値温度Ｔｔｈ、電流制限値ＩＬとしての第１制限値ＩＬ１及び第２制限値ＩＬ２が記憶されている。なお、閾値温度Ｔｔｈが閾値に相当する。
When the detected temperature Tj is the first temperature, the
そして、コントローラ４６は、求めた出力電流Ｉｏｕｔが設定されている電流制限値ＩＬを超えると、出力電圧Ｖｏｕｔに係わらず出力電流Ｉｏｕｔが電流制限値ＩＬで一定となるように、出力電流Ｉｏｕｔに基づいてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングを制御する。
Then, the
次に、図２及び図３に基づき、温度センサ４５の配置と、検出温度に相当する温度Ｔｊの推定方法について説明する。
Next, the arrangement of the
図２の断面図に示すように、電力変換装置１０は、放熱板６０と、金属ケース６１と、をさらに備えている。放熱板６０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４やダイオードＤ１，Ｄ２など、ＤＣＤＣコンバータ２０を構成する要素の生じた熱を放熱させるための部材である。放熱板６０は、たとえばＣｕなどの熱伝導性に優れる金属材料を用いて形成されている。本実施形態では、放熱板６０の一面６０ａ上に基板６２が配置されている。そして、基板６２における放熱板６０と反対の面側に、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４やダイオードＤ１，Ｄ２が実装されている。なお、図２では、便宜上、代表してスイッチング素子Ｑ１のみを示している。
As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the
基板６２は、樹脂やセラミックなどの電気絶縁性の基材６２ａと、基材６２ａに配置された金属箔などの導体層６２ｂと、を有している。放熱板６０の一面６０ａに基材６２ａが配置され、基材６２ａにおける放熱板６０と反対の面に導体層６２ｂが配置されている。そして、導体層６２ｂに対して、はんだなどの接合部材６３を介してスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が実装されている。
The
金属ケース６１は、電力変換装置１０を収容する部材であり、たとえばアルミダイカスト部品である。金属ケース６１の内面６１ａには、一面６０ａと反対の面を対向面として、放熱板６０が配置されている。金属ケース６１と放熱板６０との間には、熱伝導性に優れるグリス６４が介在している。また、内面６１ａにおける放熱板６０の近傍には、温度センサ４５としてのサーミスタが実装されている。金属ケース６１の内面６１ａと反対の面である外面６１ｂが、空冷又は水冷によって冷却されるようになっている。
The
なお、温度センサ４５を基板６２上に配置することも考えられるが、この場合、温度センサ４５とスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４との間において、基材６２ａによる熱抵抗が大きい。このため、本実施形態では、金属ケース６１の内面６１ａに温度センサ４５を配置している。温度センサ４５とスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４との間の伝熱経路に、放熱板６０と金属ケース６１が介在する場合、放熱板６０と金属ケース６１の熱容量がともに大きいため、過渡的な温度変化に対して追従し難い。熱容量は、放熱板６０及び金属ケース６１の形状や材質により二次元的に変化するため、図３に示すように、温度Ｔｊも二次元的に変化する。
Although it is conceivable to arrange the
図３は、ＤＣＤＣコンバータ２０の動作時と非動作時におけるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のジャンクション温度と温度センサ４５により検出される温度Ｔｔの実際の変化を示している。ここでは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の温度（ジャンクション温度）は実測値であるが、便宜上、温度Ｔｊと示す。図３では、温度Ｔｊを実線、温度Ｔｔを破線で示している。図３では、時刻ｔ１までスイッチング素子Ｑ１のオン期間ｔｏｎ、時刻ｔ２までスイッチング素子Ｑ２のオフ期間ｔｏｆｆ、同じく時刻ｔ２でＤＣＤＣコンバータ２０が動作停止となっている。また、時刻ｔ３で、温度Ｔｊの推定再開となっている。
FIG. 3 shows actual changes in the junction temperature of the switching elements Q1 to Q4 and the temperature Tt detected by the
図３に示すように、ＤＣＤＣコンバータ２０の動作時、すなわちスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング時において、温度Ｔｊは二次元的に変化する。そこで、本実施形態では、温度センサ４５の検出した温度Ｔｔからスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の温度Ｔｊを推定するにあたってマッピング関数を用いる。コントローラ４６は、ＤＣＤＣコンバータ２０の動作時において、下記式のようにして温度Ｔｊを推定する。
（式１）Ｔｊ＝Ｔｔ＋ΔＴｊ
（式２）ΔＴｊ＝Ｔｍａｐ（ｔｏｎ、Ｉｐｅａｋ、Ｖｉｎ、Ｔｔ）
ここで、Ｉｐｅａｋとは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン時のピーク電流値（最大値）である。ピーク電流値Ｉｐｅａｋは電流センサ４４により検出される。動作時において、温度Ｔｊの傾きは、ピーク電流値Ｉｐｅａｋと入力電圧Ｖｉｎとに応じて変化する。たとえばピーク電流値Ｉｐｅａｋ及び入力電圧Ｖｉｎがともに大きい場合、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン期間ｔｏｎにおいて傾きは大きくなり、ピーク電流値Ｉｐｅａｋ及び入力電圧Ｖｉｎがともに小さい場合、オン期間ｔｏｎにおいて傾きは小さくなる。このため、動作時におけるΔＴｊは、オン期間ｔｏｎ、ピーク電流値Ｉｐｅａｋ、入力電圧Ｖｉｎ、及びそのときの温度Ｔｔにより、式２に示すようにマッピング関数で定義されている。このマッピング関数は、コントローラ４６のメモリに予め記憶されている。
As shown in FIG. 3, the temperature Tj changes two-dimensionally during the operation of the
(Formula 1) Tj = Tt + ΔTj
(Expression 2) ΔTj = Tmap (ton, Ipeak, Vin, Tt)
Here, Ipeak is a peak current value (maximum value) when the switching elements Q1 to Q4 are turned on. The peak current value Ipeak is detected by the
一方、ＤＣＤＣコンバータ２０の非動作時（停止時）にも、図３に示すように、温度Ｔｊは二次元的に変化する。また、非動作時において、コントローラ４６は、温度センサ４５の検出した温度Ｔｔにより温度Ｔｊを推定することができない。そこで、非動作時において、コントローラ４６は、上記した式１と下記式３とにより、温度Ｔｊを推定する。
（式３）ΔＴｊ＝Ｔｍａｐｂ（ｔｒｓｔ、Ｔｊｂ、Ｔｔｂ）
ここで、ｔｒｓｔとは、ＤＣＤＣコンバータ２０の動作停止、すなわち温度推定の停止からの次に温度推定を再開するまでの停止時間である。Ｔｔｂは、温度Ｔｔのうち、ＤＣＤＣコンバータ２０の動作停止時に最後に検出した停止時温度である。Ｔｊｂは、温度Ｔｊのうち、停止時温度Ｔｔｂに基づいて、上記式１，２により推定された停止時温度である。
On the other hand, even when the
(Expression 3) ΔTj = Tmapb (trst, Tjb, Ttb)
Here, trst is a stop time from the stop of the operation of the
ここで、制御装置４０の電源が投入されて最初に検出される温度Ｔｔを開始時温度Ｔｔａと示す。非動作時において、温度Ｔｊの傾きは、停止時温度Ｔｔｂと開始時温度Ｔｔａとの差分、すなわち温度Ｔｔの傾きと、停止時間ｔｒｓｔに応じて変化する。たとえば非動作時における温度Ｔｔの傾き（＝Ｔｔｂ−Ｔｔａ）が大きく、停止時間ｔｒｓｔが長い場合、非動作時の温度Ｔｊの傾きは大きくなり、温度Ｔｔの傾きが小さく、停止時間ｔｒｓｔが短い場合、非動作時の温度Ｔｊの傾きは小さくなる。このため、動作開始時におけるΔＴｊは、停止時間ｔｒｓｔ、停止時温度Ｔｊｂ、及び停止時温度Ｔｔｂにより、式３に示すようにマッピング関数で定義されている。このマッピング関数は、コントローラ４６のメモリに予め記憶されている。
Here, the temperature Tt detected first when the power of the
本実施形態では、停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂを、コントローラ４６が上位ＥＣＵ１４へ送信し、上位ＥＣＵ１４は受信データである停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂを保持する。また、上位ＥＣＵ１４は、コントローラ４６からデータを受信すると停止時間のカウントを開始する。制御装置４０の電源が投入されてコントローラ４６が受信可能となると、上位ＥＣＵ１４は、保持していた停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂとともに、これまでの停止時間ｔｒｓｔを、コントローラ４６へ送信する。コントローラ４６は、受信したデータである停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂ及び停止時間ｔｒｓｔと、温度センサ４５から取得した温度Ｔｔ（開始時温度Ｔｔａ）とにより、開始時の温度Ｔｊを推定する。
In the present embodiment, the
なお、開始時温度Ｔｔａに基づいて開始時の温度Ｔｊを推定した後、ＤＣＤＣコンバータ２０が動作開始するまでの期間においても、コントローラ４６は、上記した非動作時の温度Ｔｊの推定方法を用いる。このとき、ΔＴｊは一定であり、温度Ｔｔも、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がスイッチング動作を開始するまでは殆ど変化しないため、温度Ｔｔは、開始時の温度Ｔｊのままほぼ一定値となる。
Note that the
また、上位ＥＣＵ１４が停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂ及び停止時間ｔｒｓｔを有さない状態、すなわち初期化状態においては、上位ＥＣＵ１４は、コントローラ４６に対し、初期化状態を示すフラグをオンするためのフラグ信号を送信する。なお、フラグ信号に代えて、停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂ及び停止時間ｔｒｓｔの初期値を送信するようにしてもよい。
In the state where the
次に、図４〜図６に基づき、制御装置４０のコントローラ４６が実行する処理について説明する。コントローラ４６は、制御装置４０の電源が投入されると、以下に示す処理を実行する。
Next, based on FIGS. 4-6, the process which the
先ずコントローラ４６は、図４に示すように、上位ＥＣＵ１４からデータを受信する（ステップＳ１０）。初期化状態ではない場合、すなわち、停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂを上位ＥＣＵ１４に対してすでに送信している場合、コントローラ４６は、データとして、停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂ及び停止時間ｔｒｓｔを受信する。一方、初期化状態の場合、コントローラ４６は、データとして、初期化状態を示すフラグをオンするためのフラグ信号を受信する。これにより、コントローラ４６において、該当するフラグがオンになる。
First, as shown in FIG. 4, the
次いでコントローラ４６は、温度Ｔｊを検出する（ステップＳ１１）。上記したように、本実施形態では、温度Ｔｔに基づいて推定することで温度Ｔｊを検出する。ステップＳ１１における温度Ｔｊの検出は、動作開始時においては開始時温度Ｔｊａを検出するステップである。図５は、温度Ｔｊの検出ステップを示している。図５は、ステップＳ１１と後述するステップＳ１８に共通のステップである。
Next, the
図５に示すように、先ずコントローラ４６は、温度センサ４５から温度Ｔｔを取得し（ステップＳ３０）、次いでステップＳ３１の処理を実行する。ステップＳ３１において、初期化状態を示すフラグがオン、又は、停止時間ｔｒｓｔが予め設定された基準時間ｔｓ以上であると判定すると、コントローラ４６は、ステップＳ３０で取得した温度Ｔｔが温度Ｔｊであると判定する（ステップＳ３２）。ステップＳ３０において、電源投入後に最初に取得する温度Ｔｔが、上記した開始時温度Ｔｔａである。
As shown in FIG. 5, the
一方、ステップＳ３１において、初期化状態を示すフラグがオフ、且つ、停止時間ｔｒｓｔが予め設定された基準時間ｔｓ未満であると判定した場合、コントローラ４６は、上記したマッピング関数からΔＴｊを求め、求めたΔＴｊとステップＳ３０で取得した温度Ｔｔとにより、温度Ｔｊを求める（ステップＳ３３）。
On the other hand, when it is determined in step S31 that the flag indicating the initialization state is off and the stop time trst is less than the preset reference time ts, the
ステップＳ１１は、起動信号が入力される前の処理、すなわちＤＣＤＣコンバータ２０が非動作時の処理である。したがって、ステップＳ１１の処理として、ステップＳ３３を実行する場合、コントローラ４６は、ステップＳ１０で取得した停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂ及び停止時間ｔｒｓｔから、マッピング関数によりΔＴｊを求め、このΔＴｊとステップＳ３０で取得した温度Ｔｔから、温度Ｔｊを推定する。
Step S11 is a process before the activation signal is input, that is, a process when the
図４に戻り、ステップＳ１１の処理が終了すると、次いでコントローラ４６は、電流制限値ＩＬを設定する（ステップＳ１２）。図６は、電流制限値ＩＬの設定ステップを示している。図５は、ステップＳ１２と後述するステップＳ１９に共通のステップである。
Returning to FIG. 4, when the process of step S <b> 11 ends, the
図６に示すように、先ずコントローラ４６は、ステップＳ１１で検出した温度Ｔｊが、予め設定された閾値温度Ｔｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０）。そして、温度Ｔｊが閾値温度Ｔｔｈ以上であると判定すると、コントローラ４６は、電流制限値ＩＬとして第１制限値ＩＬ１を設定する（ステップＳ４１）。一方、温度Ｔｊが閾値温度Ｔｔｈ未満であると判定すると、コントローラ４６は、電流制限値ＩＬとして第２制限値ＩＬ２を設定する（ステップＳ４２）。第１制限値ＩＬ１は温度Ｔｊが高いときに設定される電流制限値ＩＬであり、第２制限値ＩＬ２は温度Ｔｊが低いときに設定される電流制限値である。第２制限値ＩＬ２は、第１制限値ＩＬ１よりも大きい電流値が設定されている。第２制限値ＩＬ２は、たとえば負荷の動作状態により見込まれる最大電流を、ＤＣＤＣコンバータ２０から供給できるように、たとえば上記最大電流に所定のマージンを加味して設定されている。
As shown in FIG. 6, the
図４に戻り、ステップＳ１２の処理が終了すると、次いでコントローラ４６は、ＤＣＤＣコンバータ２０の起動信号としてオン信号が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１３）。上位ＥＣＵ１４から、起動信号として、ＤＣＤＣコンバータ２０の駆動を指示するオン信号が入力されると、コントローラ４６は、次いでステップＳ１４の処理を実行する。一方、起動信号としてオン信号が入力されないと、コントローラ４６は、ステップＳ１１に戻り、オン信号が入力されるまで、ステップＳ１１〜Ｓ１３の処理を繰り返す。ステップＳ１３のＮＯ判定により、ステップＳ１１の処理を実行する場合、上記したように、コントローラ４６は、非動作時の温度Ｔｊの推定方法を用いる。このとき、温度Ｔｔは、開始時の温度Ｔｊのままほぼ一定値を示す。
Returning to FIG. 4, when the process of step S <b> 12 is completed, the
ステップＳ１４において、コントローラ４６は、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔを取得する。次いでコントローラ４６は、出力電流Ｉｏｕｔを検出する（ステップＳ１５）。本実施形態では、上記したように、コントローラ４６が入力電流Ｉｉｎを取得し、取得した入力電流Ｉｉｎに基づいて推定することで出力電流Ｉｏｕｔを検出する。たとえば、入力電流Ｉｉｎの平均電流値に基づいて、出力電流Ｉｏｕｔを検出する。コントローラ４６が実行するステップＳ１５の処理が、電流検出部に相当する。コントローラ４６は、入力電流Ｉｉｎの平均電流値だけでなく、ピーク電流値Ｉｐｅａｋも取得する。
In step S14, the
次いでコントローラ４６は、出力電流Ｉｏｕｔ、温度Ｔｊ、入力電圧Ｖｉｎ、及び出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、フィードバック制御を実行する（ステップＳ１６）。コントローラ４６は、上記したように、出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧となるようにフィードバック制御する。また、コントローラ４６は、ステップＳ１５で検出した出力電流ＩｏｕｔがステップＳ１２で設定した電流制限値ＩＬを超えると、出力電圧Ｖｏｕｔに係わらず出力電流Ｉｏｕｔが電流制限値ＩＬで一定となるように、フィードバック制御する。そして、フィードバック制御の実行値として所定のオンデューティ比を有するＰＷＭ信号を生成し、駆動回路４１に出力する（ステップＳ１７）。
Next, the
次いでコントローラ４６は、ＤＣＤＣコンバータ２０の動作中において、温度Ｔｊを検出する（ステップＳ１８）。この処理は、基本的にステップＳ１１（図５参照）と同じ処理である。ただし、ステップＳ３３におけるマッピング関数から温度Ｔｊを推定する処理は、動作中であるため、ステップＳ１７でＰＷＭ信号を生成する際のオン期間ｔｏｎ、ステップＳ１５で取得した入力電流Ｉｉｎのピーク電流値Ｉｐｅａｋ、ステップＳ１４で取得した入力電圧Ｖｉｎ、及び起動信号オンの直前にステップＳ１１で取得した温度ＴｔによりΔＴｊを求め、求めたΔＴｊと温度Ｔｔとにより、温度Ｔｊを求める。なお、ステップＳ１１，Ｓ１８の処理が、温度検出部に相当する。
Next, the
次いでコントローラ４６は、電流制限値ＩＬを設定する（ステップＳ１９）。ステップＳ１９の処理内容は、ステップＳ１２（図６参照）と同じであるため、記載を省略する。コントローラ４６は、温度Ｔｊを検出すると、検出した温度Ｔｊを用いて電流制限値ＩＬの設定を行う。ステップＳ１２，Ｓ１４〜Ｓ１６，Ｓ１９の処理が、制御部に相当する。
Next, the
次いでコントローラ４６は、ＤＣＤＣコンバータ２０の起動信号としてオフ信号が入力されたか否かを判定する（ステップＳ２０）。上位ＥＣＵ１４から、起動信号として、ＤＣＤＣコンバータ２０の駆動を停止するためのオフ信号が入力されると、コントローラ４６は、次いでＰＷＭ信号の生成を停止する（ステップＳ２１）。すなわち、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングを停止させる。ステップＳ２１の終了後、コントローラ４６は、上位ＥＣＵ１４に対して、停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂを送信し（ステップＳ２２）、一連の処理を終了する。ステップＳ２２で送信する停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂは、起動信号オフの直前にステップＳ１８で検出した温度Ｔｔ，Ｔｊである。
Next, the
一方、起動信号としてオフ信号が入力されないと、コントローラ４６は、ステップＳ１４に戻り、オフ信号が入力されるまで、ステップＳ１４〜Ｓ２０の処理を繰り返す。
On the other hand, if the off signal is not input as the activation signal, the
図７及び図８は、上記したコントローラ４６の制御の適用例を示している。図７では、取得した温度Ｔｔを破線で示し、温度Ｔｔにより推定される温度Ｔｊを実線で示している。また、温度Ｔｔが検出されるまでの期間については、温度Ｔｔの取得及び温度Ｔｊの推定されないが、予想される温度変化を温度Ｔｔについて一点鎖線で示し、温度Ｔｊについて二点鎖線で示している。一点鎖線及び二点鎖線の部分は参考線である。
7 and 8 show application examples of the control of the
図７に示す例では、時刻ｔ１０において、上位ＥＣＵ１４から電源保持信号としてオン信号が入力され、これにより、制御装置４０の電源が投入される。また、制御装置４０の電源が投入されることで、コントローラ４６が受信可能となり、上位ＥＣＵ１４からデータを受信する。すなわち、コントローラ４６がステップＳ１０の処理を実行する。なお、実際には、制御装置４０の電源が投入されてからわずかに遅れて、コントローラ４６が上位ＥＣＵ１４からデータを受信する。このようなデータ処理にともなうごくわずかな遅れについては、ほぼ同時として取り扱う。
In the example shown in FIG. 7, at time t <b> 10, an ON signal is input from the
なお、時刻ｔ１０〜ｔ１１で行うデータ受信は、初期化状態でのデータ受信である。このため、コントローラ４６は、初期化状態を示すフラグをオンするためのフラグ信号を受信する。時刻ｔ１１でデータ受信が終了すると、コントローラ４６は、ステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理を実行する。上記したように、起動信号としてオン信号が入力されるまでは、ステップＳ１１〜Ｓ１３を繰り返す。このとき、温度Ｔｊは温度Ｔｔと一致する。また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がスイッチングされていないため、温度Ｔｊはほぼ一定値を示す。
The data reception performed at times t10 to t11 is data reception in the initialization state. Therefore, the
時刻ｔ１２において、上位ＥＣＵ１４から起動信号としてオン信号が入力されると、コントローラ４６は、ステップＳ１４以降の処理を実行する。すなわち、ＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号の生成によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が動作するため、図７では、ＰＷＭ信号の生成期間を、スイッチング信号のオン期間として示している。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がスイッチングする、すなわちＤＣＤＣコンバータ２０が動作するため、温度Ｔｊは上昇していく。
When an ON signal is input as a start signal from the
図８は、図７において、二点鎖線で囲まれた領域VIIIを拡大したタイミングチャートである。すなわち、時刻ｔ１２から、起動信号としてオフ信号が入力される時刻ｔ１３までの間の一時期を示している。時刻ｔ１２０の検出タイミングでは、温度Ｔｊは閾値温度Ｔｔｈ未満であるが、次の検出タイミングである時刻ｔ１２１において、温度Ｔｊが閾値温度Ｔｔｈ以上となっている。このため、時刻ｔ１２１において、電流制限値ＩＬが第２制限値ＩＬ２から第１制限値ＩＬ１に切り替わる。 FIG. 8 is a timing chart in which a region VIII surrounded by a two-dot chain line in FIG. 7 is enlarged. That is, it shows a period from time t12 to time t13 when the off signal is input as the activation signal. At the detection timing at time t120, the temperature Tj is lower than the threshold temperature Tth, but at time t121, which is the next detection timing, the temperature Tj is equal to or higher than the threshold temperature Tth. For this reason, at time t121, the current limit value IL switches from the second limit value IL2 to the first limit value IL1.
第２制限値ＩＬ２は、第１制限値ＩＬ１よりも大電流であるため、第１制限値ＩＬ１が設定されている期間は、負荷１３に対して大電流を供給することができる。換言すれば、温度Ｔｊが高い期間は、第１制限値ＩＬ１を設定することで、負荷１３へ供給する電流、すなわち出力電流Ｉｏｕｔを絞り、たとえばスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の発熱を抑制することができる。時刻ｔ１２１で第１制限値ＩＬ１に切り替えるため、これにより温度Ｔｊは低下する。
Since the second limit value IL2 has a larger current than the first limit value IL1, a large current can be supplied to the
本実施形態では、第１制限値ＩＬ１に切り替わってから所定の基準時間ｔｓが経過すると、コントローラ４６が、第２制限値ＩＬ２に切り替えて設定する。図８では、時刻ｔ１２２で基準時間ｔｓが経過し、第２制限値ＩＬ２に切り替わる。なお、基準時間ｔｓに代えて閾値温度Ｔｔｈよりも所定温度低い復帰温度を設定し、温度Ｔｊが復帰温度まで低下したら、第２制限値ＩＬ２に切り替えるようにしてもよい。
In the present embodiment, when a predetermined reference time ts elapses after switching to the first limit value IL1, the
図７に戻り、時刻ｔ１３において、起動信号としてオフ信号が入力されると、コントローラ４６は、ＰＷＭ信号の生成を停止、すなわちスイッチング信号をオフする。そして、上位ＥＣＵ１４に対し、データとして停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂを送信する。すなわち、ステップＳ２２の処理を実行する。データ送信後、電源保持信号としてオフ信号が入力され、制御装置４０の電源がオフとなる。
Returning to FIG. 7, at time t <b> 13, when an off signal is input as the activation signal, the
時刻ｔ１４において、上位ＥＣＵ１４から電源保持信号としてオン信号が入力され、これにより、制御装置４０の電源が投入されると、コントローラ４６は、上位ＥＣＵ１４からデータを受信する。ここでは、データとして、停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂ及び停止時間ｔｒｓｔを受信する。停止時温度Ｔｔｂは、時刻ｔ１３においてＤＣＤＣコンバータ２０を停止させた際に、最後に検出した温度Ｔｔである。停止時温度Ｔｊｂは、停止時温度Ｔｔｂにより推定された温度Ｔｊである。停止時間ｔｒｓｔは、コントローラ４６からデータを受信してからデータを送信するまでの停止時間である。このため、停止時間ｔｒｓｔは、ＤＣＤＣコンバータ２０が停止してから、温度Ｔｊの検出を開始（再開）するまでの時間とほぼ等しい。すなわち、時刻ｔ１４〜ｔ１５のデータ受信時間は、非常に短い。
At time t <b> 14, an ON signal is input as a power holding signal from the
時刻ｔ１５において、コントローラ４６は、ステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理を実行する。停止時間ｔｒｓｔが基準時間ｔｓよりも長いため、ここでは、温度Ｔｊが温度Ｔｔと一致する。また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がスイッチングされていないため、温度Ｔｊは、時刻ｔ１６までほぼ一定値を示す。
At time t15, the
時刻ｔ１６において、上位ＥＣＵ１４から起動信号としてオン信号が入力されると、上記同様、コントローラ４６は、ステップＳ１４以降の処理を実行する。
When an ON signal is input as an activation signal from the
時刻ｔ１７において、起動信号としてオフ信号が入力されると、上記同様、コントローラ４６は、スイッチング信号をオフし、上位ＥＣＵ１４に対し、データとして停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂを送信する。データ送信後、電源保持信号としてオフ信号が入力され、制御装置４０の電源がオフとなる。
When an off signal is input as a start signal at time t17, the
時刻ｔ１８において、上位ＥＣＵ１４から電源保持信号としてオン信号が入力され、これにより、制御装置４０の電源が投入されると、コントローラ４６は、上位ＥＣＵ１４からデータとして、停止時温度Ｔｊｂ，Ｔｔｂ及び停止時間ｔｒｓｔを受信する。上記したように、時刻ｔ１８〜ｔ１９におけるデータの受信時間は非常に短く、停止時間ｔｒｓｔは、時刻ｔ１７でＤＣＤＣコンバータ２０が停止してから、時刻ｔ１９で温度Ｔｊの検出を開始（再開）するまでの時間とほぼ等しい。
At time t18, an ON signal is input as a power holding signal from the
時刻ｔ１９において、コントローラ４６は、ステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理を実行する。停止時間ｔｒｓｔが基準時間ｔｓよりも短いため、非動作時のマッピング関数により、温度Ｔｊが推定される。結果、時刻ｔ１９〜ｔ２０では、温度Ｔｊが温度Ｔｔよりも高い温度でほぼ一定となる。
At time t19, the
そして、時刻ｔ２０において、上位ＥＣＵ１４から起動信号としてオン信号が入力されると、再びコントローラ４６は、ステップＳ１４以降の処理を実行する。
At time t20, when an ON signal is input as an activation signal from the
次に、上記した制御装置４０、ひいては電力変換装置１０の効果について説明する。
Next, the effects of the above-described
本実施形態では、制御装置４０を構成するコントローラ４６が、温度Ｔｊが第１温度の場合、電流制限値ＩＬとして第１制限値ＩＬ１を設定し、温度Ｔｊが第１温度よりも低い第２温度の場合、電流制限値ＩＬとして第１制限値ＩＬ１よりも大電流である第２制限値ＩＬ２を設定する。一例として、本実施形態では、コントローラ４６が、温度Ｔｊと予め設定された閾値温度Ｔｔｈとを比較し、温度Ｔｊが閾値温度Ｔｔｈ以上の場合に第１制限値ＩＬ１を設定し、閾値温度Ｔｔｈ未満の場合に第２制限値ＩＬ２を設定する。
In the present embodiment, when the temperature Tj is the first temperature, the
このように、温度Ｔｊが低い場合には、電流制限値ＩＬとして第２制限値ＩＬ２を設定できるため、ＤＣＤＣコンバータ２０の電流容量、ひいてはスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の電流容量を大きくしなくとも、一時的な大電流に対応することができる。また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の電流容量を大きくしなくともよいため、ＤＣＤＣコンバータ２０の小型化が可能である。
As described above, when the temperature Tj is low, the second limit value IL2 can be set as the current limit value IL. Therefore, even if the current capacity of the
図９は、負荷電流の経時変化を示しており、図１０は、図９における電流加算内容を示している。図９及び図１０に示すように、時刻ｔ４０で制御装置４０の電源が投入され、ＤＣＤＣコンバータ２０が動作を開始する。また、負荷１３として、通常走行に必要なエンジン補機等により、２０Ａを消費する。時刻ｔ４１になると、さらにナビにより、５Ａを消費する。時刻ｔ４２になると、さらにエアコンにより、２０Ａを消費する。時刻ｔ４３になると、さらにヘッドライトにより、１２Ａを消費する。時刻ｔ４４になると、さらにヒータにより、８Ａを消費する。
FIG. 9 shows the change over time of the load current, and FIG. 10 shows the contents of current addition in FIG. As shown in FIG. 9 and FIG. 10, the power supply of the
時刻ｔ４５になると、さらにＥＰＳ（Electric Power Steering）により、３０Ａを消費する。時刻ｔ４６になると、さらにＥＰＢ（Electric Parking Brake）により、２５Ａを消費する。以上により、時刻ｔ４６では、計１２０Ａを消費することとなる。ここでは、急ハンドルを切りながら、急ブレーキ操作する緊急時の対応を想定している。図９には、参考例として、緊急時の対応ではない場合に、ＥＰＳ、ＥＰＢで消費される電流を加算した合計電流を破線で示している。なお、時刻ｔ４７になると、ＥＰＳとＥＰＢが解除され、合計電流は６５Ａとなる。 At time t45, 30 A is further consumed by EPS (Electric Power Steering). At time t46, 25A is further consumed by EPB (Electric Parking Brake). As described above, a total of 120A is consumed at time t46. In this case, it is assumed that an emergency response is performed in which a sudden brake operation is performed while turning the sudden handle. In FIG. 9, as a reference example, a total current obtained by adding currents consumed by EPS and EPB when not responding in an emergency is indicated by a broken line. At time t47, EPS and EPB are released, and the total current becomes 65A.
このように、負荷１３による消費電流は、一時的に１００Ａを超える。１２０Ａが負荷１３による最大電流であるとすると、本実施形態では、たとえば第１制限値ＩＬ１として１００Ａ、第２制限値ＩＬ２として１３０Ａを設定できる。したがって、温度Ｔｊに余裕があれば、一時的な大電流にも十分に対応することができる。
Thus, the current consumption by the
さらに、本実施形態では、コントローラ４６が、温度センサ４５の検出した温度Ｔｔに基づいて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の温度Ｔｊ（ジャンクション温度）を推定により検出する。これによれば、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と同じチップに、ｐｎダイオードなどの温度検出素子を作りこまなくても、温度Ｔｊを検出することができる。これにより、電力変換装置１０の製造コストを低減することができる。
Further, in the present embodiment, the
本実施形態では、コントローラ４６が、電流センサ４４から取得することでピーク電流値Ｉｐｅａｋを検出する。そして、ＤＣＤＣコンバータ２０の動作中において、温度Ｔｔ、入力電圧Ｖｉｎ、オン期間ｔｏｎ、及びピーク電流値Ｉｐｅａｋを取得し、温度Ｔｊを推定する。これによれば、上記したように、ＤＣＤＣコンバータ２０の動作中において、温度センサ４５とスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４との間の伝熱経路における熱容量の影響を考慮し、温度Ｔｊを精度良く検出することができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、コントローラ４６が、ＤＣＤＣコンバータの動作開始時において、動作開始時における温度Ｔｔ（Ｔｔａ）、停止時間ｔｒｓｔ、及び停止時温度Ｔｔｂ，Ｔｊｂを取得し、動作開始時における温度Ｔｊを推定する。これによれば、上記したように、ＤＣＤＣコンバータ２０の非動作時において、温度センサ４５とスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４との間の伝熱経路における熱容量の影響を考慮し、温度Ｔｊを精度良く検出することができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、コントローラ４６が、初期化状態、又は、停止時間ｔｒｓｔが基準時間ｔｓ以上の場合、温度Ｔｔを温度Ｔｊとする。これによれば、初期化状態や、放熱時間である停止時間ｔｒｓｔが長い場合の処理を簡素化することができる。
In the present embodiment, the
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。 The disclosure of this specification is not limited to the illustrated embodiments. The disclosure encompasses the illustrated embodiments and variations by those skilled in the art based thereon. For example, the disclosure is not limited to the combination of elements shown in the embodiments. The disclosure can be implemented in various combinations. The technical scope disclosed is not limited to the description of the embodiments. The several technical scopes disclosed are indicated by the description of the claims, and should be understood to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the claims. .
電力変換装置１０としては、ハイブリッド車に搭載されるものに限らず、たとえば電気自動車に搭載されるものでもよい。さらには、電力変換装置１０及び制御装置４０は、車載に限定されない。
The
ＤＣＤＣコンバータ２０の構成は、上記例に限定されない。一次コイルと二次コイルを有するトランス２２を備えるものであればよい。
The configuration of the
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と同じチップ内に、ｐｎダイオードなどの温度検出素子を形成し、温度Ｔｊ（ジャンクション温度）を実測してもよい。 A temperature detection element such as a pn diode may be formed in the same chip as the switching elements Q1 to Q4, and the temperature Tj (junction temperature) may be measured.
ＤＣＤＣコンバータ２０の動作中における温度Ｔｊの推定に、ピーク電流値Ｉｐｅａｋを用いる例を示したが、平均電流値を用いてもよい。
Although the example in which the peak current value Ipeak is used for the estimation of the temperature Tj during the operation of the
非動作時の温度Ｔｊの推定に、停止時温度Ｔｊｂを用いる例を示した。しかしながら、停止したときのΔＴｊを用いてもよい。 An example in which the temperature Tjb at the time of stop is used for the estimation of the temperature Tj at the time of non-operation is shown. However, you may use (DELTA) Tj when it stops.
上位ＥＣＵ１４で停止時間ｔｒｓｔをカウントする例を示したが、これに限定されない。制御装置４０側、たとえばコントローラ４６で停止時間ｔｒｓｔを検出してもよい。
Although the example in which the
コントローラ４６が、電流制限値ＩＬとして、１つの閾値温度Ｔｔｈにより、２つの制限値ＩＬ１，ＩＬ２のいずれかを設定する例を示した。すなわち、電流制限値ＩＬを２段階に設定する例を示した。しかしながら、コントローラ４６は、温度Ｔｊが第１温度の場合、電流制限値ＩＬとして第１制限値ＩＬ１を設定し、温度Ｔｊが第１温度よりも低い第２温度の場合、電流制限値ＩＬとして第１制限値ＩＬ１よりも大電流である第２制限値ＩＬ２を設定すればよい。したがって、コントローラ４６は、電流制限値ＩＬを、複数の温度閾値により３段以上の多段階に設定し、温度Ｔｊに応じて電流制限値ＩＬを多段に切り替えることもできる。このため、換言すれば、コントローラ４６は、温度Ｔｊが低いほど電流制限値ＩＬが大きくなるように電流制限値ＩＬを設定することができる。
In the example, the
１０…電力変換装置、１１…高電圧バッテリ、１２…低電圧バッテリ、１３…負荷、１４…上位ＥＣＵ、２０…ＤＣＤＣコンバータ、２１…ＤＣ−ＡＣ変換部、２２…トランス、２３…整流部、２４…平滑部、４０…制御部、４１…駆動回路、４２，４３…電圧センサ、４４…電流センサ、４５…温度センサ、４６…コントローラ、６０…放熱板、６０ａ…一面、６１…金属ケース、６１ａ…内面、６１ｂ…外面、６２…基板、６２ａ…基材、６２ｂ…導体層、６３…接合部材、６４…グリス、Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…スイッチング素子、Ｗ１…一次コイル、Ｗ２，Ｗ３…二次コイル、Ｗ４…コイル
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記一次コイル又は前記二次コイルに流れる電流に基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電流を検出する電流検出部（Ｓ１５）と、
前記スイッチング素子及び前記整流素子の少なくとも一方の温度を検出する温度検出部（Ｓ１１，Ｓ１８）と、
前記温度検出部により検出される温度である検出温度に応じて電流制限値を設定し、設定した前記電流制限値を前記出力電流が超えると、前記出力電流が前記電流制限値となるように、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部（Ｓ１２，Ｓ１４〜Ｓ１７，Ｓ１９）と、を備え、
前記制御部は、前記検出温度が第１温度の場合、前記電流制限値として第１制限値を設定し、前記検出温度が前記第１温度よりも低い第２温度の場合、前記電流制限値として前記第１制限値よりも大電流である第２制限値を設定し、
前記温度検出部は、温度センサの検出値を取得し、取得した前記検出値に基づいて前記検出温度を推定により検出し、
前記電流検出部は、前記スイッチング素子のスイッチングにともなう電流値として、ピーク電流値又は平均電流値を検出し、
前記ＤＣＤＣコンバータの動作中において、前記温度検出部は、前記温度センサの検出値と、前記入力電圧と、前記スイッチング素子のオン期間時間と、前記電流値と、を取得し、前記検出温度を推定するＤＣＤＣコンバータ制御装置。 A transformer (22) having a primary coil (W1) and secondary coils (W2, W3) is connected between a DC power source (11) and the primary coil, and is supplied from the DC power source to the primary coil by switching. DCDC converter comprising switching elements (Q1, Q2, Q3, Q4) for controlling the input voltage and rectifying elements (D1, D2) connected to the secondary coil and rectifying the voltage of the secondary coil ( 20), a DCDC converter control device for controlling switching of the switching element,
A current detector (S15) for detecting an output current of the DCDC converter based on a current flowing through the primary coil or the secondary coil;
A temperature detector (S11, S18) for detecting the temperature of at least one of the switching element and the rectifying element;
A current limit value is set according to a detected temperature that is a temperature detected by the temperature detection unit, and when the output current exceeds the set current limit value, the output current becomes the current limit value. A control unit (S12, S14 to S17, S19) for controlling the switching of the switching element,
The control unit sets a first limit value as the current limit value when the detected temperature is the first temperature, and sets the current limit value as the current limit value when the detected temperature is a second temperature lower than the first temperature. Setting a second limit value that is greater than the first limit value ;
The temperature detection unit acquires a detection value of a temperature sensor, detects the detection temperature based on the acquired detection value by estimation,
The current detection unit detects a peak current value or an average current value as a current value accompanying switching of the switching element,
During the operation of the DCDC converter, the temperature detection unit acquires the detection value of the temperature sensor, the input voltage, the on-period time of the switching element, and the current value, and estimates the detection temperature. DCDC converter control device.
前記一次コイル又は前記二次コイルに流れる電流に基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータの出力電流を検出する電流検出部（Ｓ１５）と、
前記スイッチング素子及び前記整流素子の少なくとも一方の温度を検出する温度検出部（Ｓ１１，Ｓ１８）と、
前記温度検出部により検出される温度である検出温度に応じて電流制限値を設定し、設定した前記電流制限値を前記出力電流が超えると、前記出力電流が前記電流制限値となるように、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部（Ｓ１２，Ｓ１４〜Ｓ１７，Ｓ１９）と、を備え、
前記制御部は、前記検出温度が第１温度の場合、前記電流制限値として第１制限値を設定し、前記検出温度が前記第１温度よりも低い第２温度の場合、前記電流制限値として前記第１制限値よりも大電流である第２制限値を設定し、
前記温度検出部は、温度センサの検出値を取得し、取得した前記検出値に基づいて前記検出温度を推定により検出し、
前記ＤＣＤＣコンバータの動作開始時において、前記温度検出部は、前記動作開始時における前記温度センサの検出値と、前記ＤＣＤＣコンバータが停止してからの停止時間と、前記ＤＣＤＣコンバータが停止したときの前記温度センサの検出値と、前記ＤＣＤＣコンバータが停止したときの前記検出温度又は前記ＤＣＤＣコンバータが停止したときの前記検出温度と前記ＤＣＤＣコンバータが停止したときの前記温度センサの検出値との差分値と、を取得し、前記動作開始時における前記検出温度を推定するＤＣＤＣコンバータ制御装置。 A transformer (22) having a primary coil (W1) and secondary coils (W2, W3) is connected between a DC power source (11) and the primary coil, and is supplied from the DC power source to the primary coil by switching. DCDC converter comprising switching elements (Q1, Q2, Q3, Q4) for controlling the input voltage and rectifying elements (D1, D2) connected to the secondary coil and rectifying the voltage of the secondary coil ( 20), a DCDC converter control device for controlling switching of the switching element,
A current detector (S15) for detecting an output current of the DCDC converter based on a current flowing through the primary coil or the secondary coil;
A temperature detector (S11, S18) for detecting the temperature of at least one of the switching element and the rectifying element;
A current limit value is set according to a detected temperature that is a temperature detected by the temperature detection unit, and when the output current exceeds the set current limit value, the output current becomes the current limit value. A control unit (S12, S14 to S17, S19) for controlling the switching of the switching element,
The control unit sets a first limit value as the current limit value when the detected temperature is the first temperature, and sets the current limit value as the current limit value when the detected temperature is a second temperature lower than the first temperature. Setting a second limit value that is greater than the first limit value ;
The temperature detection unit acquires a detection value of a temperature sensor, detects the detection temperature based on the acquired detection value by estimation,
At the start of the operation of the DCDC converter, the temperature detection unit detects the detected value of the temperature sensor at the start of the operation, a stop time after the DCDC converter stops, and the time when the DCDC converter stops. A difference value between the detected value of the temperature sensor and the detected temperature when the DCDC converter stops or the detected temperature when the DCDC converter stops and the detected value of the temperature sensor when the DCDC converter stops , And a DCDC converter control device that estimates the detected temperature at the start of the operation .
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